JP6491019B2 - モルタルまたはコンクリート吹付け方法およびその装置並びに骨材圧送機 - Google Patents

Description

この発明は、モルタルまたはコンクリート吹付け方法およびその装置並びに骨材圧送機に関するものである。

下記特許文献１には、例えばモルタル材料を構成する細骨材（砂）およびセメントミルクを別圧送した後、混合して吹付ける、いわゆるセパレートショット工法（略してＳＳ工法と称する）に用いられる装置として、骨材供給路を形成する搬送ホースを介して細骨材のみならずモルタル材料を構成する水の一部（以下、追加水という）をも供給する骨材圧送機と、前記細骨材および追加水とは別にセメントミルクを供給するセメントミルク供給手段と、前記細骨材および追加水と前記セメントミルクとを混合する混合手段と、混合して得られたモルタル材料を吹き付けるための吹付ノズルとを備えたモルタル吹付け装置が開示されている。なお、前記追加水とは、細骨材としての砂に添加する水量のことであり、予め砂の表面水量を測定しておき、設定水量の不足分の水を追加水として添加している。

この装置では、図３に示すように、骨材圧送機９の骨材供給部２０に直接投入された細骨材８および追加水１２ａは、機内で攪拌混合され、続いて、攪拌混合された細骨材８および追加水１２ａは、骨材供給部２０下部に連通可能に設置されたアウトレット２２に供給され、このアウトレット２２内において骨材圧送用の圧搾空気（高圧エアーまたは圧縮エアーともいう）２１と合流した後、搬送ホース１５内に圧送される。アウトレット２２の内部空間は、前記攪拌混合された細骨材８および追加水１２ａが高圧エアー２１と合流する箇所を含んでいる。そして、前記アウトレット２２は例えば、筒体で構成され、その内径が骨材供給路を形成する前記搬送ホース１５よりも大径であって、一端側（細骨材送出口側）を絞り気味にしてテーパー部Ｔが形成され、送出口の外周面部に前記搬送ホース１５を同芯状に接続するための雄ねじ部を形成する一方、他端側はエアーコンプレッサーからの前記高圧エアー２１が供給可能なようにエアーコンプレッサーに連接されているエアーホース（加圧パイプ）１０ａを同芯状に接続してある。

特許第４２２９２６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようなモルタル吹付け装置では、骨材圧送機９の骨材供給部２０からアウトレット２２に供給された細骨材８および追加水１２ａを、前記高圧エアー２１と共にアウトレット２２から前記搬送ホース１５へ送る際に、細骨材の微粒子（粘土分）Ｇがアウトレット２２内にこびりつくという課題があった。すなわち、細骨材微粒子Ｇがアウトレットテーパー部Ｔにおける内壁に付着していき、それが原因でアウトレット２２が閉塞したり、前記テーパー部Ｔに付着した細骨材微粒子Ｇが高圧により剥がれてアウトレット２２から下流の前記搬送ホース１５内へと流れていき、それが原因で、前記搬送ホース１５が脈動するという事態が発生するといった課題があった。

また、骨材圧送機９から供給される細骨材８および追加水１２ａと、セメントミルクを混合して得られるモルタル材料の水セメント比（Ｗ／Ｃ）は、従来のＳＳ工法では、５５〜６０％である。一例を挙げると、従来のＳＳ工法では、モルタルの主要材料である細骨材の安定圧送を可能とする技術として、平均４％前後の表面水率を有する細骨材に３．５％程度（約７リットル）の加水をし、７．５％程度まで細骨材表面水率を高めることにより、細骨材の安定圧送を可能とさせている。すなわち、従来のＳＳ工法では、細骨材微粒子がアウトレット内にできるだけこびりつかないよう約７リットルもの多量の追加水を使用している。そのためモルタル１バッチ当たりに換算すると、水セメント比（Ｗ／Ｃ）を約１４％増やし、水セメント比（Ｗ／Ｃ）の高い５５％のモルタルを製造しているのが実情である。このため、従来のＳＳ工法では、水セメント比（Ｗ／Ｃ）４５％の程度の低い水セメント比（Ｗ／Ｃ）を要求される高品質モルタルの製造は極めて困難であった。

この発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、細骨材閉塞の原因であった細骨材微粒子のアウトレット内付着を回避することができ、さらには、細骨材の安定圧送のため必要としていた１バッチ当たりの追加水の量を削減できるモルタルまたはコンクリート吹付け方法およびその装置並びに骨材圧送機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、骨材とセメントミルクとを混合して得られたモルタル材料またはコンクリート材料の吹付けを行うモルタルまたはコンクリート吹付け方法において、前記モルタル材料またはコンクリート材料を構成する水の一部を、前記骨材と骨材圧送用のエアーとが合流する箇所よりも上流側で前記エアー内に添加することを特徴とするモルタルまたはコンクリート吹付け方法を提供する。

また、別の観点から、本願の請求項２に係る発明は、骨材とセメントミルクとを混合する混合手段と、混合して得られたモルタル材料またはコンクリート材料を吹き付けるための吹付ノズルとを備えたモルタルまたはコンクリート吹付け装置において、前記モルタル材料またはコンクリート材料を構成する水の一部を、前記骨材と骨材圧送用のエアーとが合流する箇所よりも上流側で前記エアー内に添加するよう構成されていることを特徴とするモルタルまたはコンクリート吹付け装置を提供する。

なお、前記骨材圧送機は、骨材供給部と、その骨材供給部に連通し、骨材および骨材圧送用のエアーが合流するアウトレットとを含み、アウトレットの上流側にはエアーコンプレッサーに連接されているエアーホースが接続されており、骨材が前記骨材圧送用のエアーと合流する箇所よりも上流側とエアーホースの下流側との間に前記添加のための注水管を設けるのが好ましい。

本願の請求項１，２に係る発明では、モルタル材料またはコンクリート材料を構成する水の一部（追加水）を、骨材供給部から供給される骨材が骨材圧送用のエアーと合流する箇所よりも上流側で前記エアー内に添加することにより、骨材圧送用のエアーによって追加水をミスト状（霧状）のものにでき、ミスト状となった水によって骨材が骨材圧送用のエアーと合流する箇所の内壁にこびりつくことを防止することができる。そのため、（１）骨材微粒子が例えばアウトレットテーパー部における内壁に付着していき、それが原因でアウトレットが閉塞したり、（２）前記内壁にこびりついた骨材が骨材圧送用のエアーの高圧により剥がれて下流の骨材供給路内へと流れていき、それが原因で、前記骨材供給路が脈動するという事態が発生するのを回避できる。

また、例えば骨材圧送機は、骨材供給部と、その骨材供給部に連通し、骨材および骨材圧送用のエアーが合流するアウトレットとを含み、アウトレットの上流側にはエアーコンプレッサーに連接されているエアーホースが接続されており、骨材が前記骨材圧送用のエアーと合流する箇所よりも上流側とエアーホースの下流側との間に前記添加のための注水管を設ける場合は、この注水管を通して、アウトレット内へ追加水を直接注入し加水することができ、（１）従来のＳＳ工法での例えば細骨材閉塞原因であった細骨材微粒子のアウトレット内付着を、骨材圧送用のエアーによってミスト状となった追加水によって回避することができる。（２）また、アウトレット内に付着した細骨材微粒子が骨材圧送用のエアーの高圧により剥がれて下流の骨材供給路内へと流れていき、それが原因で、前記骨材供給路が脈動するという事態が発生するのを回避できる。

さらに、追加水を例えばアウトレット内に直接注水し、これを骨材圧送用のエアーによってミスト状（霧状）のものにすることにより、従来のＳＳ工法で使用した追加水の量よりも少ない量の追加水を使用するだけで、骨材微粒子による骨材圧送機の閉塞や骨材供給路の脈動を回避できる。すなわち、従来のＳＳ工法では例えば細骨材の安定圧送のため必要としていたモルタル１バッチ当たり約７リットルの追加水を約２リットルまで、約５リットル（Ｗ／Ｃ換算で１０％）削減（低減）することが可能となり、従来のＳＳ工法では不可能であった、低水セメント比、すなわち、Ｗ／Ｃ４５％の高品質モルタルを容易に製造することが可能となる。すなわち、従来のＳＳ工法におけるモルタルの５５％の水セメント比（Ｗ／Ｃ）を４５％まで１０％低減することができ、モルタル設計基準強度を、従来のＳＳ工法における１８Ｎ／ｍｍ2 から、２４Ｎ／ｍｍ2 まで向上させることができる。

この発明の一実施形態を示す全体構成説明図である。 上記実施形態で用いた骨材圧送機の構成を概略的に示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。

以下、図１、図２を用いて、この発明の一実施形態を説明する。

図１は、骨材圧送機から供給される骨材としての砂および水と、セメントミルク供給手段から供給されるセメントミルクとを混合して得られたモルタル材料１の吹き付けによる法枠２の形成状況ならびに植生基材３の吹き付けによる法面Ｎの緑化保護状況を示している。

具体的には、法面Ｎに金網などのネット４を張設すると共に、このネット４上に鉄筋５を格子状に配置して法枠吹付部を形成し、この法枠吹付部の空間部に養生シート６を配置する一方、格子状の鉄筋５を覆うようにモルタル材料１を吹き付けて、格子状の法枠２を形成し、その後、養生シート６を剥がし、かつ、植物種子や肥料を含んだ植生基材３を法枠２内に吹き付けて、法面Ｎの緑化保護を図るようにしている。

なお、この実施形態では、吹付材料として、セメントと、細骨材としての砂と、水とを混入させたモルタル材料について説明するが、この発明は、セメントと、細骨材としての砂と、粗骨材としての砂利、礫および砕石等と、水とを混入させたコンクリート材料にも適用できることは言うまでもない。

モルタル材料１の吹き付け装置（以下、モルタル吹付け装置という）Ｆは、セメントを含まない細骨材としての砂８および水（以下、追加水という）１２ａ（図２参照）を供給する骨材圧送機９と、この骨材圧送機９に接続されたエアコンプレッサー１０と、セメント１１と水１２ｂとを混合してなるセメントミルク１３を供給するセメントミルク供給手段としての圧送用ポンプ（例えばピストン式ポンプ、スクイズ式ポンプ）１４と、骨材供給路を形成する搬送ホース（例えばゴムホース）１５を介して圧送される前記砂８および追加水１２ａ、ホース１６を介して圧送される前記セメントミルク１３（１１，１２ｂ）を混合し、モルタル材料１として吐出する混合手段としての可搬式の混合装置１７と、混合して得られたモルタル材料１を吹き付けるためのモルタル材料吹付ノズル１ａとより主としてなる。

更に、前記モルタル吹付け装置Ｆは、前記可搬式混合装置１７のモルタル吐出口１８に接続されたモルタル材料圧送用のホース１９を有し、このホース１９の先端に前記モルタル材料吹付ノズル１ａが設けられている。また、砂８および追加水１２ａを圧送する骨材供給路を形成する搬送ホース１５は、最大で４００ｍ程度の長さの連結ホースよりなり、この連結ホース１５は、２０ｍ程度の多数の短いホースが連結されてなる。また、砂８および水１２ａは、エアコンプレッサー１０から、エアーコンプレッサー１０に連接されているエアーホース（加圧パイプ）１０ａを介して供給される骨材圧送用の圧搾空気（高圧エアーまたは圧縮エアーともいう）によって骨材圧送機９の吐出口９ａから所定の吐出量で吐出される。

そして、上記ポンプ１４によって圧送されるセメントミルク１３（１１，１２ｂ）の供給量は、ポンプ１４が備える吐出量ゲージによって設定変更されるもので、事前にまたはリアルタイムで測定した搬送ホース１５内を圧送される砂８および水１２ａの圧送量に応じてポンプ１４によるセメントミルク１３（１１，１２ｂ）の吐出量を調整することで、砂８および水１２ａとセメントミルク１３（１１，１２ｂ）との配合比を任意に制御できるようになっている。

以下、特徴的構成について説明する。

図２において、前記骨材圧送機９は、セメントを含まない細骨材としての砂８が投入されるホッパー２０ａおよび投入された砂８を攪拌混合する攪拌混合部分２０ｂを備えた骨材供給部２０と、その骨材供給部２０の攪拌混合部分２０ｂに連通し、細骨材８および骨材圧送用のエアー２１が合流するアウトレット２２とを含む。２３は、開閉弁（図示せず）を備えた連通部分である。アウトレット２２は、筒状体あるいは管状体等で構成されており、連通部分２３直下の内径（以下、アウトレット内径という）Ｄが骨材供給路を形成する前記搬送ホース１５の内径ｄ1 よりも大径であって、一端側（送出口側）を絞り気味にしてテーパー部Ｔが形成され、送出口（吐出口）９ａの外周面部に前記搬送ホース１５を同芯状に接続するための雄ねじ部ｍを形成する一方、他端側はエアーコンプレッサー１０からの前記高圧エアー２１が供給可能なようにエアーコンプレッサー１０に連接されているエアーホース（加圧パイプ）１０ａを同芯状に接続してある。なお、アウトレット内径Ｄはエアーホース１０ａの内径ｄ2 よりも大径であって、アウトレット２２の他端側を絞り気味にしてテーパー部Ｔ’が形成されている。２５は、雄ねじ部ｍを介して搬送ホース１５とアウトレット２２を連結する継手である。そして、アウトレットの上流側にはエアーホース１０ａが接続されており、細骨材８が前記骨材圧送用のエアー２１と合流する箇所（図２においてＳで示す連通部分２３直下の領域）よりも上流側とエアーホース１０ａの下流側との間に追加水１２ａ添加のための注水部２６を設けている。すなわち、注水部２６は、エアーホース１０ａとアウトレット２２間にそれぞれ継手Ａ，Ｂを介して接続される筒体３０と、可撓性の追加水１２ａ注水用のホース３１とを備えている。なお、筒体３０の内径はエアーホース１０ａの内径ｄ2 と同一であり、例えば３２ｍｍである。そして、前記筒体３０は、継手Ａ，Ｂ間における中間部分に、可撓性の追加水１２ａ注水用のホース３１の下流端が連通可能に接続される接続口３１ａを備えている。

而して、追加水１２ａをアウトレット２２内に注水し、追加水１２ａを骨材圧送用のエアー２１によってミスト状（霧状）のものにし、追加水１２ａがアウトレット内壁を伝わって流れるように構成するという特異なアウトレット内直接注水方式を採用している。すなわち、細骨材安定圧送のため、１バッチ毎の材料切り替え時、１バッチに必要な追加水７リットルを砂８と共に直接骨材供給部２０内へ投入するという従来のＳＳ工法を大幅に見直し、骨材圧送機９における骨材供給部２０の下部に設置されたアウトレット２２上流側と、エアーコンプレッサー１０に連接されているエアーホース（加圧パイプ）１０ａとの間に、新たに注水部２６を設け、この注水部２６を通して、例えば毎秒１１．１ｃｃ（２リットル／３分）の追加水１２ａを、連続的にアウトレット２２内へ直接注水し加水するようにし、それによって、上述した閉塞や脈流の発生を抑えることができる。この結果、従来のＳＳ工法での細骨材閉塞原因であった細骨材微粒子のアウトレット内付着を回避することが可能となり、かつ、従来のＳＳ工法では、細骨材の安定圧送のため必要としていた１バッチ当たり７リットルの追加水１２ａを２リットルまで、５リットル（Ｗ／Ｃ換算で１０％）削減（低減）することが可能となり、従来のＳＳ工法では不可能であった、低水セメント比、Ｗ／Ｃ４５％の高品質モルタルを容易に製造することが可能となる。

すなわち、この実施形態で得られるモルタル材料１は、
セメント：砂：追加水１２ａ＋水１２ｂ＝１：４：０．４５の配合比を持ったものである。モルタル材料１の具体的な配合量は例えば１バッチ当たりセメント５０Ｋｇ、砂２００Ｋｇに対して追加水１２ａ，水１２ｂの総量を２２．５リットル加えたものになっている。一方、従来のＳＳ工法で得られるモルタル材料は、セメント：砂：追加水１２ａ＋水１２ｂ＝１：４：０．５５の配合比を持ったものであり、モルタル材料の具体的な配合量は例えば１バッチ当たりセメント５０Ｋｇ、砂２００Ｋｇに対して追加水１２ａ，水１２ｂの総量を２７．５リットル加えたものになっている。従って、従来の２７．５リットルからこの実施形態の２２．５リットルを差し引くと、追加水１２ａを５リットル削減（低減）することが可能となる。なお、セメントミルク１３で使用する水１２ｂは、この発明でも従来のＳＳ工法でも同量である。

このように、本発明では、例えば前記注水部２６を設けることにより、従来ＳＳ工法での細骨材閉塞原因であった細骨材微粒子のアウトレット内付着を完全に回避することが可能となり、且つ従来方式では例えば細骨材の安定圧送のため必要としていた１バッチ当たり７Ｌ（リットル）の追加水を、２Ｌ（リットル）まで５Ｌ（リットル）削減（水セメント比；Ｗ／Ｃ変換で１０％、Ｗ／Ｃ５５％→４５％）することが可能となり、従来方式では不可能であった、低水セメント比、Ｗ／Ｃ４５％の高品質モルタルを容易に製造することが可能となり、ＳＳモルタルの設計基準強度も、従来の１８Ｎ／ｍｍ2 →２４Ｎ／ｍｍ2 へ向上させることが可能となる。

また、追加水１２ａ注水用のホース３１を介してアウトレット２２内へ追加水１２ａを直接注入し加水する追加水アウトレット内直接注入方式（装置）は、自然界に豊富に存在する水を利用し、圧送材料およびアウトレット２２間に生じる摩擦抵抗と、圧送材料および搬送ホース１５間に生じる摩擦抵抗の両方を激減させることにより、高圧エアー（圧縮エアー）による長距離圧送を可能とする技術として開発されたシステムである。従って、注水部２６を設置してなる当該システムを使用することにより、従来、長距離圧送時の障害となっていた、圧送材料とアウトレット２２との間に生じる摩擦抵抗、および圧送材料と搬送ホース１５との間に生じる摩擦抵抗を容易に低減させることが可能となるため、ＳＳ工法のモルタルまたはコンクリートの長距離・高揚程圧送手段として有効である。

そして、このシステムにより（前記注水部２６の設置により）、アウトレット内壁への細骨材微粒子の付着を防止するために必要な追加水によるアウトレット内必要皮膜（アウトレット内壁に追加水により形成される皮膜）の膜厚は、境界層理論に基づく細骨材微粒子のアウトレット内付着を回避するに足る皮膜厚が０．１ｍｍ程度とすると、最低０．１ｍｍ程度の厚さは必要と考えることができる。例えば、エアー２１の流速を２０ｍ／秒とし、本システムで使用する１バッチ当たりの必要追加水量を、アウトレット内径Ｄが４２ｍｍ、注水部２６から細骨材微粒子の付着部位であるアウトレットテーパー部Ｔまでの距離Ｈを１．０ｍ、細骨材微粒子のアウトレット内付着を回避可能とする皮膜厚を０．１ｍｍとして計算すると、
アウトレット内径Ｄが４２ｍｍのアウトレット内円周は、２×π×（Ｄ／２）、皮膜厚が０．１ｍｍであるから、 アウトレット１ｍｍ当たりの必要追加水量（ｃｃ）は、
２×３．１４×２１ｍｍ×０．１ｍｍ×１ｍｍ＝１３．１８８ｍｍ3 ／ｍｍ→約０．０１ｃｃ／ｍｍ
従って、アウトレット延長１．０ｍ当たりの必要追加水量は、
１，０００ｍｍ×０．０１ｃｃ／ｍｍ≒１０ｃｃ→０．０１Ｌ（リットル）となる。
すなわち、 注水部２６から細骨材微粒子の付着部位であるアウトレットテーパー部Ｔまでの１．０ｍ間に、細骨材微粒子のアウトレット内付着を回避し得るに足る追加水０．０１Ｌ（リットル）を、毎秒、毎秒、継続的にアウトレット内に供給してやれば、境界層理論による細骨材微粒子のアウトレット内付着による閉塞を回避することが可能となり、ＳＳ工法の水セメント比（Ｗ／Ｃ）を５５％から４５％まで低減することが可能になり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が４５％の高品質モルタル製造圧送システムを確立することが可能となる。もちろん、注水部２６から、アウトレットの下流端部（細骨材微粒子の付着部位であるアウトレットテーパー部Ｔの端部）までの距離Ｈ、およびアウトレット内径Ｄによって必要な追加水量は変化するため、その都度、適宜調整する必要がある。また、上記は一例であり、アウトレット内に細骨材微粒子の付着しないだけの追加水を加えればよいのであって、本例の数値に限定されるものではないことは言うまでもない。

すなわち、ＳＳ工法のモルタルを、１バッチ当たり３分で連続圧送するためには、１バッチ当たり１．８Ｌ（リットル）、すなわち、（０．０１リットル／秒）×１８０秒＝１．８リットル／３分、約２．０リットルの追加水を、毎秒、毎秒、継続的にアウトレット２２内に供給してやれば、境界層理論による細骨材微粒子のアウトレット内付着による閉塞を回避することが可能となり、ＳＳ工法の水セメント比（Ｗ／Ｃ）を５５％から４５％まで低減することが可能になり、水セメント比（Ｗ／Ｃ）が４５％の高品質モルタル製造圧送システムを確立することが可能となり得る。また、このシステムを使用する場合に使用する１バッチ当たりの追加水１．８リットルを、さらに低減するためには、追加水に潤滑剤を加えることも可能であることは勿論である。

なお、上記実施形態では、モルタル材料１を構成する水の一部（追加水）１２ａを細骨材８と骨材圧送用のエアー２１とが合流する箇所Ｓよりも上流側でエアー２１内に添加する構成として、アウトレット２２上流側とエアーホース（加圧パイプ）１０ａとの間に、追加水１２ａ注水用のホース３１が接続されている筒体３０を継手Ｂによりアウトレット２２上流端に接続してなる注水部２６を設けたものを示したが、この発明は、これに限定されるものではない。例えば、環状流路を形成するドーナツ状の中空体を用い、その中空体に、追加水注水用のホースが接続されており、中空体の内周面には、追加水注水用のホースから環状流路を流れてきた水が吐出する複数の吐水孔が周方向に複数形成され、そして、これら吐水孔から吐出した追加水が骨材圧送用のエアー２１によってミスト状（霧状）にされるものであれば、アウトレット内壁にまんべんなく追加水による皮膜を形成することができるので好ましい。このような構成の中空体を、注水部２６に替えて、アウトレット２２上流側とエアーホース（加圧パイプ）１０ａとの間に設置するのである。

また、この発明では、アウトレット内径Ｄと搬送ホースの内径ｄ1 、および、アウトレット内径Ｄとエアーホース（加圧パイプ）の内径ｄ2 は同一であってもよい。

１ モルタル材料
１ａ 吹付ノズル
８ 骨材
９ 骨材圧送機
１２ａ 水の一部（追加水）
１３ セメントミルク
１４ セメントミルク供給手段
１７ 混合手段
２１ 骨材圧送用のエアー
Ｆ モルタル吹付け装置
Ｓ 合流する箇所

Claims (3)

1. 骨材とセメントミルクとを混合して得られたモルタル材料またはコンクリート材料の吹付けを行うモルタルまたはコンクリート吹付け方法において、前記モルタル材料またはコンクリート材料を構成する水の一部を、前記骨材と骨材圧送用のエアーとが合流する箇所よりも上流側で前記エアー内に添加することを特徴とするモルタルまたはコンクリート吹付け方法。
2. 骨材とセメントミルクとを混合する混合手段と、混合して得られたモルタル材料またはコンクリート材料を吹き付けるための吹付ノズルとを備えたモルタルまたはコンクリート吹付け装置において、前記モルタル材料またはコンクリート材料を構成する水の一部を、前記骨材と骨材圧送用のエアーとが合流する箇所よりも上流側で前記エアー内に添加するよう構成されていることを特徴とするモルタルまたはコンクリート吹付け装置。
3. 筒状体あるいは管状体で構成され、一端側には搬送ホースが、他端側にはエアーホースが接続された出口部分であるアウトレットを具備し、前記エアーホースからのエアーに添加された追加水がミスト状になり、前記アウトレット内壁を伝わって流れるように構成されていることを特徴とする骨材圧送機。
   

Images